prezentacija

118.3.2006 1

Oblikovanje pomou raunala

Katedra za konstruiranje Katedra za konstruiranje i razvoj proizvodai razvoj proizvoda

18.3.2006 Katedra za konstruiranje i razvoj proizvoda * http://www.cadlab.fsb.hr * Oblikovanje pomou raunala 2

Sadraj

Povijest CAD jezgra Raunalna grafika Grafiki standardi Geometrijski modeli krutih tijela


Definicije

CAD CAD Computer Aided DesignComputer Aided Design Tehnologija orijentirana uporabi raunala pri kreiranju, promijeni, analizi i

optimalizaciji konstrukcija. CAD programske aplikacije variraju od onih koje su orijentirane manipulaciji

geometrijom do aplikacija prilagoenih rjeavanju specifinih konstrukcijskih problema.


Definicije

CAD se moe prevesti i kao "computer-assisted potpomognuto raunalom, "computer-aided raunalom podrano. Akronimi koji su jo u uporabi suCADD Computer-Aided Design and Drafting", raunalom podrano konstruiranje (modeliranje) i crtanje, CAID Computer-Aided Industrial Design, CAAD Computer-Aided Architectural Design i mnogi drugi. Svi navedeni termini su u osnovi sinonimi, ali postoje razlike u znaenju i primjeni.


Definicije

CAM CAM Computer Aided ManufacturingComputer Aided Manufacturing Tehnologija orijentirana uporabi raunala u planiranju, upravljanju i kontroli

operacija za izradu proizvoda (direktno (DNC) ili indirektno (CNC)), te u podruju upravljanja robotima.


Definicije

CAE CAE Computer Aided EngineeringComputer Aided Engineering Podruje primjene ove tehnologije je u analizi CAD geometrije

(kinematika, dinamika, statika (FEM Finite Element Analysis), analize raznih strujanja (CFD - Computational Fluid Dynamics), ).


Definicije

CAPP CAPP Computer Aided Process PlanningComputer Aided Process Planning Tehnologija orijentirana uporabi raunala u planiranju proizvodnje i

proizvodnih procesa.CIM CIM Computer Integrated ManufacturingComputer Integrated Manufacturing

Pokuaj objedinjavanja razliitih tehnologija (CAD, CAM, CAPP, ) uz ukljuivanje neinenjerskih podruja (raunovodstvo, skladite, ).

Nove tehnologije:Nove tehnologije: RPT Rapid prototyping (Brza izrada prototipova), VRT Virtual prototyping (Izrada virtualnih prototipova).


Povijest CAD-a

Prvi grafiki sustav kreiran je sredinom 1950. godine (SAGE Semi Automatic Ground Environment) od strane amerikog zrakoplovstva. Sustav je razvijen na MIT a ukljuivao je prikaz raunalno obraenih radarskih podataka na CRT monitoru.

1960. godine Ivan Sutherland je u MIT laboratorijima na TX-2 raunalu razvio SKETCPHAD. SKETCHPAD se smatra poetkom raunalne grafike te prvim znaajnim korakom prema CAD-u.

Prvi CAD sustav razvijen je tijekom ezdesetih godina pod imenom DAC (DesignAutomated by Computer). DAC je kreirao Dr. Hanratty (esto spominjan kao otac CAD/CAM) radei u GM (General Motors). DAC se smatra prvim interaktivnim grafikim programom koji se koristio u proizvodnji (manufacturing).

Kasnije je Dr. Hanratty osnovao tvrtku MCS (Manufacturing and Consulting Services) koja je izraivala programske kodove za McDonnell Douglas (Unigraphics), Computervision (CADDS), AUTOTROL (AD380) i Control Data (CD 200).

Procjenjuje se da danas oko 70% 3D MCAD/CAM programskih aplikacija jo uvijek koristi dijelove MCS originalnog koda.

1968. Computervision je prodao prvu komercijalnu CAD programsku aplikaciju tvrtci Xerox.


Povijest CAD-a


Povijest CAD-a

Tijekom 70tih teite razvoja je bilo na automatizaciji izrade 2D crtea.

1973. godine Auto-trol prezentirao je Auto-Draft prvi turnkey grafiki sustav.

70tih godina tipian raunalni sustav sastojao se od terminala (npr. Tektronix4014) povezanog s PDP-11 mainframe raunalom te 11 tableta s komandama za kreiranje geometrije.

1977. godine kreirana je pretea dananje CATIA programske aplikacije.

1979. tvrtke Boeing, General Electric i NIST (National Institute of Standards and Technology) kreirali su neutralni format za zapis grafikih podataka IGES (Initial Graphic Exchange Standard). Kasnijih godine proiren je na zapis 3D podataka za iane modele.


Povijest CAD-a

Poetkom 80tih godina pojavilo se nekoliko programskih rjeenja vezano za proizvodnju (CAM Computer Aided Manufacturing) koja su automatizirala neke postupke naroito u sferi upravljanja strojevima (NC Numeric Control).

1981 godine tvrtka Unigraphics prezentirala je prvu programsku aplikaciju za izradu raunalnog modela proizvoda uporabom krutih tijela (solid design) pod imenom UniSolids. UniSolid je bio temeljen na PADL-2 programskoj aplikaciji.

Poetkom 80tih tipina raunalna konfiguracija za CAD je bilo 16 bitno raunalo sa max. 512 Kb RAM te 20 to 300 Mb diskom, a kotalo je oko 125.000,00 USD.

Tih godina osnovana je tvrtka Autodesk koja kasnije prezentira programsku aplikaciju za izradu 2D crtea pod imenom AutoCAD. Istovremeno na tritu se pojavio CADKEY koji je omoguavao rad u prostoru (3D wireframe).


Povijest CAD-a


Povijest CAD-a

1983. godine zapoet je rad na razvoju standarda za razmjenu podataka izmeu CAD programskih aplikacija STEP (STandard for the Exchange of Product model data). Prvi dostupan STEP translator objavila je tvrtka EDS Unigraphics 1991. godine.

Stvarna komercijalna uporaba krutih tijela i 3D pristupa je zapoela oko 1988 godine kada se pojavio Pro/ENGINEER. U isto vrijeme pojavio se i Parasolidtvrtke Shape Data Ltd. koji se kasnije dokazao kao izvrstan i stabilan grafiki kernel (parasolid se temelji na B-rep pristupu).

90te se mogu smatrati i godinama ostvarenja najveih dosega u MCAD/CAM podruju. 1990 tvrtka Spatial Technologies prezentirala je ACIS. ACIS je sustav za podrku modeliranju krutim tijelima koji podrava zajedniku bazu koja se moe dijeliti izmeu razliitih dijelova programske aplikacije (izrada dijelova, izrada sklopova, izrada CNC koda, kreiranje 2D crtea, itd.).

2000 objavljena CATIA v5 te Pro/ENGINEER 2000i.


Povijest CAD-a (danas)


Povijest CAD-a (danas)


Raunalna podrka (Hardware)


Raunalna podrka (Hardware)


GUI Operativnih sustava (grafika podrka)


Danas

Pro/ENGINEER CATIA Unigraphics AutoDESK Inventor SolidWorks SolidEdge Rhino SurfCAM 3D StudioMAX Maya


Povijest - ukratko

Podruja koja su utjecala na razvoj CAD-a: Razvoj numeriki upravljanih strojeva (1950 MIT). Razvoj na podruju modeliranja povrinama (Bezier, Ferguson). Razvoj raunalne grafike. Razvoj metoda analize konanim elementima (FEM).

Bitne godine i razdoblja: Kasne 50 i 60tih prvi CAD i CAM sustavi. 1963 prvi HLR algoritam Roberts, Sketchpad - Sutherland. 1970 interaktivna kreacija FEM mrea. Kasne 60 i poetak 70 prelazak sa 2D na 3D. Modeliranje krutim tijelima 1970 dvije grane:

Boundary representation Univeristy of Cambridge (modeli se sastoje odfacet-a koje su podskup ravninskih, kvadratnih i toroidonalnih povrina),

CSG (Constructive Solid Geometry) Univeristy of Rochester (konaan broj Boolean operacija nad poluprostorima definiranim nejednakostima).

80tih razvoj FBD tehnologija, krajem 80tih pojava prvih FBD programskihaplikacija za modeliranje.


CAD jezgra (kernel)

CAD jezgraCAD jezgra osnova je svake CAD programske aplikacije. Koristi se za opis geometrijskih entiteta te manipulaciju istima. Na tritu se danas koriste dvije jezgre ACIS (AutoDesk) i Parasolid (Unigraphics).

Neke funkcionalnosti omoguene uporabom jezgre: sweep, Boolean operacije,

blend, chamfer, fillet, tapering, draft, nejednoliko skaliranje, offset solida, zadebljevanjepovrina (thickening), izraunavanje mase, kreiranje ljuski, eksportiranje geometrije, undo, grafiki prikaz,


Raunalna grafika

Raunalna grafika (Computer Graphics) obuhvaa stvaranje, pohranu i uporabu modela i slika objekata. Modeli i objekti raunalne grafike potjeu iz razliitih podruja: prirode, znanosti, inenjerstva, apstraktnih koncepata...

Dok je predmet raunalne grafike sinteza slika na temelju raunalnih modela stvarnih ili imaginarnih objekata, obrnuti procesi analize scene i rekonstrukcije modela objekata predmet su discipline koja se naziva obradba slike (imageprocessing).


Raunalna grafika

Obrada slike obuhvaa podruja: poboljanje slike (image enhancement) - razvitak i primjena tehnika

poboljanja kvalitete slike i poveanja kontrasta, detekcije, prepoznavanja uzoraka (pattern detection and recognition) - otkrivanje

standardnih uzoraka na slici ukljuujui npr. optiko prepoznavanje alfanumerikih znakova (optical character recognition),

analizu scene i raunalni vid (scene analysis and computer vision) -prepoznavanje i rekonstrukcija 3D modela scene na temelju vie 2D slika.


Raunalna grafika

Raunalna grafika danas se koristi u razliitim podrujima gospodarstva, administracije, edukacije, zabave i svakodnevnog kunog ivota. Podruje primjene se ubrzano iri s rasprostranjenou raunala. Neki primjeri primjene raunalne grafike ukljuuju: korisnika suelja, interaktivno crtanje, uredska automatizacija i elektroniko izdavatvo, projektiranje pomou raunala, simulacija i animacija, umjetnost, trgovina, upravljanje procesima, geografski informacijski sustavi, grafiko programiranje.


Raunalna grafika

korisnika suelja (veina aplikacija na osobnim raunalima i na radnim stanicama imaju grafiki sustav prozora putem kojeg komuniciraju s korisnicima. Primjeri takvih aplikacija ukljuuju obradbu teksta, stolno izdavatvo, proraunske tablice...),

interaktivno crtanje (u poslovnim, znanstvenim i tehnolokim primjenama raunarska grafika koristi se za prikazivanje funkcija, dijagrama, histograma i slinih grafikih prikaza sa svrhom jasnijeg sagledavanja sloenih pojava i olakanja procesa odluivanja),

uredska automatizacija i elektroniko izdavatvo (raunarska grafika iroko se koristi za izradu elektronikih i tiskanih dokumenata),

projektiranje pomou raunala (CAD danas se standardno koristi za projektiranje sustava i komponenata u strojarstvu, elektrotehnici, elektronici, telekomunikacijama, raunarstvu...),


Raunalna grafika

simulacija i animacija (raunalna grafika koristi se za znanstvenu i inenjersku vizualizaciju i zabavu; podruja primjene obuhvaaju prikaze apstraktnih matematikih modela vremenski promjenljivih pojava, TV i filmsku tehnologiju...),

umjetnost (raunalna grafika se koristi za kreiranje umjetnikih slika),

trgovina (raunalna grafika se koristi za vizualnu animaciju i elektroniku trgovinu),

upravljanje procesima (podaci iz senzora dinamiki se prikazuju u prikladnom grafikom obliku),

geografski informacijski sustavi (raunalna grafika koristi se za toan prikaz geografski raspodijeljenih i rasprostranjenih sustava i mjernih podataka npr. u telekomunikacijama i telemetriji),

grafiko programiranje (raunalna grafika se koristi za automatizaciju procesa programiranja virtualnih sustava npr. u instrumentaciji).


Raunalna grafika

Razlikujemo dvije glavne kategorije prikaza grafike: vektorski prikaz rasterski, bitmap prikaz

10


Raunalna grafika

Vektorski grafiki sustavi razvijani su od sredine 60-ih godina i u standardnoj uporabi bili su do sredine 80-ih godina. Pojam vektor ovdje oznaava crtu. Crta koja povezuje dvije (proizvoljno) odabrane toke na zaslonu osnovni je element grafikog prikaza. Putanja zrake odreena je slijedom naredbi iz prikazne liste ili prikaznogprograma i povezuje krajnje toke pojedinih crta. Osnova prikaza je analogna tehnologija prikaza slike na zaslonu.

Dijelovi vektorskog grafikog sustava su: prikazni procesor prikljuen kao U/I ureaj na glavni procesor (interpretira

grafike naredbe i proslijeuje koordinate toaka vektorskom generatoru), prikazna privremena memorije (sadri prikaznu listu ili prikazni program), vektorski generator (pretvara digitalne koordinate u analogne vrijednosti

napona za otklonski sustav), prikazni ureaj.

Vektorski grafiki sustavi nemaju mogunost prikaza ispunjenih povrina, ne mogu djelomino osvjeavati prikaz, ali mogu ostvariti vee rezolucije od rasterskih sustava i prikazivati glatke kose linije pod kutom bez prekida.


Raunalna grafika


Raunalna grafika

Rasterska grafika (bitmap graphics, raster graphics) razvila se ranih 70-ih godina na temelju jeftine televizijske tehnologije. Relativno niska cijena rasterskih prikaznih ureaja u odnosu na dotada razvijenu vektorsku prikaznutehnologiju uinila je raunarsku grafiku iroko dostupnom te omoguila njen nagli razvitak.

Rasterski prikazni ureaji pohranjuju primitivne oblike (kao to su crte, alfanumeriki znakovi, ispunjene povrine) u memoriju u obliku njihovih osnovnih sastavnih slikovnih elemenata - piksela. Cjelovita slika prikazuje se na rasteru koji predstavlja niz paralelnih horizontalnih redova slikovnih elemenata, (ili pravokutnu matricu slikovnih elemenata) koji prekrivaju itavu povrinu zaslona. Pri kreiranju prikaza zraka prolazi preko svih piksela uvijek istim slijedom po svim horizontalnim redovima piksela s lijeva na desno od gornjeg do donjeg horizontalnog reda piksela.

11


Raunalna grafika

Ovisno o uporabljenoj rezoluciji za prikaz grafike ovise i potrebe za koliinom memorije na grafikoj kartici te brzinom grafikog procesora.

1-bit (2 boje) 2Kb 4-bit (16 boja) 21Kb 24-bit (16.7 miliona boja) 24kB

76800005242880398131231457281920000122880032 bita

5760000393216029859842359296144000092160024 bita

384000026214401990656157286496000061440016 bita

192000013107209953287864324800003072008 bita

1600x12001280x10241152x8641024x768800x600640x480BOJA

REZOLUCIJA


Raunalna grafika

Prednosti rasterske grafikePrednosti rasterske grafike su: jednostavni i jeftini otklonski sustavi (jednostavnije je realizirati otklonski

sustav koji uvijek istom putanjom prelazi sve aktivne toke zaslona nego sustav koji moe precizno upravljati proizvoljnom putanjom zrake),

mogunost prikaza povrina ispunjenih bojom ili uzorkom (vano za 3D prikaze),

neovisnost postupka osvjeavanja o sloenosti slike.

Nedostatci rasterske grafikeNedostatci rasterske grafike su: raunska sloenost (zbog diskretizacije slikovnih prikaza objekata), diskretna narav slike (zbog zrnate strukture slike kose i zakrivljene crte su

nazubljene ili stepeniaste).


Raunalna grafika

metode prikaza (CRT, LCD)

12


Raunalna grafika


Raunalna grafika grafiki standardi

Trendovi razvitka otvorenih raunalnih sustava i potreba za prenosivou softvera doprinijeli su razvitku svijesti o prednostima uporabe dobro definiranih, standardnih metoda neovisnih o proizvoau. Osnovne prednosti proizlaze iz sljedeih svojstva: prenosivost aplikacija neovisno o sklopovlju i operacijskom sustavu, prenosivost podataka izmeu aplikacija, prenosivost strunih znanja i vjetina.



Prvi meunarodni standard za raunarsku grafiku specificiran je godine 1985. pod nazivom GKS - Graphical Kernel System (GKS, IS 7942:1985). GKS sadri metode za 2D grafiku neovisnu o ureajima i rezoluciji.

13



Na temelju iskustava s GKS standardom godine 1989. definiran je novi standard PHIGS - Programmers Hierarchical Interactive Graphics System(PHIGS, IS 9592: 1989). Ovim standardom definiran je sloeniji grafiki sustav s poboljanom interakcijom i 3D hijerarhijskim strukturiranim modeliranjem.



Za usporedbu razliitih sustava vano je raspolagati openitim referentnim modelom raunalne grafike aplikacije. Zbog toga je godine 1992. definiran referentni model raunalne grafike CGRM - Computer Graphics Reference Model (ISO/IEC 11072: 1992).

Po CGRM modelu grafiki sustav je podijeljen na 5 jedinica koje se nazivaju okolinama (environments) i to:

konstrukcijska okolinakonstrukcijska okolina (Construction Environment), virtualna okolinavirtualna okolina (Virtual Environment), prostor promatranjaprostor promatranja (Viewing Environment), logilogika okolinaka okolina (Logical Environment), realizacijska okolinarealizacijska okolina (Realisation Environment).



konstrukcijska okolinakonstrukcijska okolina (Construction Environment) - sadri grafiki model definiran u terminima i jedinicama aplikacije. Operacija kreiranja modela naziva se priprema (Preparation),

virtualna okolinavirtualna okolina (Virtual Environment) - grafiku scenu koju sainjavaju transformacije modela iz konstrukcijske okoline. Operacija transformacije modela u grafiku scenu naziva se produkcija (Production),

prostor promatranjaprostor promatranja (Viewing Environment) - sadri idealnu sliku koja se tvori transformacijom scene iz virtualne okoline s definiranim smjerom gledanja i gledinom tokom. Operacija transformacije grafike scene u idealnu sliku naziva se projekcija (Projection),

logilogika okolinaka okolina (Logical Environment) - sadri sliku koja je prireena uzimajui u obzir osnovna svojstva prikaznih ureaja kao to su minimalna irina crte i broj raspoloivih boja. Operacija transformacije idealne slike u realnu sliku naziva se dovravanje (Completion),

realizacijska okolinarealizacijska okolina (Realisation Environment) - sadri krajnji prikaz potpuno prilagoen prikaznom ureaju. Operacija transformacije slike u prikaz na prikaznom ureaju naziva se prezentacija (Presentation).

14


Literatura i URL linkovi

J. J. Shah, M. Mantyla, Parametric and Feature-Based CAD/CAM, John Wiley & Sons Inc., New York,1995.

I. Zeid, CAD/CAM Theory and Practice, MCGraw-Hill, Inc., New York, 1991.

http://www.geocities.com/Athenas/42004/graphics.htm http://www.ipf.tuwien.ac.at/fr/Buildings/diss/node5.html http://www.fourmilab.ch/autofile/www/tableofcontents2_117.html http://en.wikipedia.org/wiki/CAD http://cadd.web.cern.ch/cadd/cad_geant_int/thesis/node3.html http://www.autodesk.com http://www.ptc.com http://www.catia.com http://www.unigraphics.com http://www.solidworks.com

prezentacija

Documents